多级放大电路习题答案

第四章多级放大电路习题答案3.1学习要求（1）了解多级放大电路的概念，掌握两级阻容耦合放大电路的分析方法。（2）了解差动放大电路的工作原理及差模信号和共模信号的概念。（3）理解基本互补对称功率放大电路的工作原理。3.2学习指导本章重点：（1）多级放大电路的分析方法。（2）差动放大电路的工作原理及分析方法。本章难点：（1）多级放大电路电压放大倍数的计算。（2）差动放大电路的工作原理及分析方法。（3）反馈的极性与类型的判断。本章考点：（1）阻容耦合多级放大电路的静态和动态分析计算。（2）简单差动放大电路的分析计算。3.2.1多级放大电路的耦合方式1．阻容耦合各级之间通过耦合电容和下一级的输入电阻连接。优点是各级静态工作点互不影响，可单独调整、计算，且不存在零点漂移问题；缺点是不能用来放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号，且不能在集成电路中采用阻容耦合方式。静态分析：各级分别计算。其中。多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电阻，输出电阻就是最后一级的输出电阻。2．直接耦合各级优点是可缺点是各级静态工作点互相影响，且存在零点漂移问题，即当时（有静态电位）。引起零点漂移的原因主要是三极管参数（ICBO，UBE，β）随温度的变化，电源电压的波动，电路元件参数的变化等。3.2.2差动放大电路1．电路组成和工作原理差动放大电路由完全相同的两个单管放大电路组成，两个晶体管特性一致，两侧电路参数对称，是抑制直接耦合放大电路零点漂移的最有效电路。2．信号输入（1）共模输入。两个输入信号的大小相等、极性相同，即。在共模输入信号作用下，电路的输出电压，共模电压放大倍数。（2）差模输入。两个输入信号的大小相等、极性相反，即。在共模输入信号作用下，电路的输出电压，差模电压放大倍数。（3）比较输入。两个输入信号大小不等、极性可相同或相反，即，可分解为共模信号和差模信号的组合，即：式中uic为共模信号，uid为差模信号，分别为：输出电压为：3．共模抑制比共模抑制比是衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力的重要指标，定义为Ad与Ac之比的绝对值，即：或用对数形式表示为：（dB）提高共模抑制比的方法有：调零电位器RP，增大发射极电阻RE，采用恒流源。4．差动放大电路的输入输出方式差动放大电路有4种输入输出方式，如图3.1所示。双端输出时差动放大电路的差模电压放大倍数为：式中，，相当于每管各带一半负载电阻。单端输出时差动放大电路的差模电压放大倍数为：（反相输出）（同相输出）式中，。3.2.3互补对称功率放大电路1．对功率放大电路的基本要求（1）能向负载提供足够大的功率，因此晶体管要工作在大信号极限运用状态。（2）非线性失真要小，为此可采用互补对称电路。（3）效率要高，为此可采用乙类和甲乙类工作状态。2．功率放大电路的类型（1）（2）乙类：静态工作点Q设置在负载线与横轴的交点上，集电极静态电流，非线性失真大，效率高。（3）甲乙类：静态工作点Q设置在集电极电流IC很小处，效率高于甲类工作状态，而非线性失真也不像乙类工作状态时那样严重。（a）双端输入双端输出（b）双端输入单端输出（c）单端输入双端输出（d）单端输入单端输出图3.1差动放大电路的输入输出方式3．OCL功率放大电路甲乙类OCL功率放大电路如图3.2所示。图中V1为NPN管，V2为PNP管，两管特性相同。两管的发射极相连接到负载上，基极相连作为输入端。静态（）时，由二极管VD1、VD2给V1、V2发射结加适当的正向偏压，以便产生一个不大的静态偏流，由于电路对称，UE仍为零，负载中仍无电流流过。4．OTL功率放大电路甲乙类OTL功率放大电路如图3.3所示。它是用一个大容量的电容器代替OCL电路中的负电源。因电路对称，静态时两个晶体管发射极连接点的电位为电源电压的一半，由于电容C的隔直作用，负载RL中没有电流，输出电压为零。动态时，在ui的正半周V1导通而V2截止，V1以射极输出器的形式将正半周信号输出给负载，同时对电容C充电；在ui的负半周V2导通而V1截止，电容C通过V2和RL放电，V2以射极输出器的形式将负半周信号输出给负载，电容C在这时起到负电源的作用。为了使输出波形对称，必须保持电容C上的电压基本维持在UCC/2不变，因此C的容量必须足够大。图3.2甲乙类OCL电路图3.3甲乙类OTL电路4-1放大电路见图4-35，晶体管V1的，V2的，两管的，要求:(1)计算该多级放大电路的输入电阻和输出电阻;(2)计算Rs=0和Rs=20k时的各是多少。图4-35题4-1图解：（1）,(2)Rs=0时-Rs=20k时4-2放大电路见图4-36，各管的=100，rbe=1k，试计算放大电路的电压放大倍数，输入电阻和输出电阻。图4-36题4-2图解：ro=3k4-3放大电路见图4-37，场效应管3DO1的gm=2mS，晶体管3DG6的，静态，要求：(1)计算第二级的静态工作点；(2)写出总电压放大倍数的表达式；(3)第一级的输入电阻ri和第二级的输出电阻ro等于多少？(4)说明第一级电路的名称，在输入级采用此电路有何好处？图4-37题4-3图解：(1)计算第二级的静态工作点(2)总电压放大倍数的表达式(3)(4)第一级为源极跟随器，具有很高的输入阻抗，减少对信号源电压的影响。.4-4两级交流放大电路见图4-38，已知场效应晶体管的gm=2mA/V，晶体管的，。要求：(1)画出放大电路的微变等效电路；(2)计算时(3)计算第一级的输入、输出电阻；(4)说明前级采用场效应晶体管，后级采用射极输出放大电路的作用。RsRRsRd图4-38题4-4图放大电路的微变等效电路(2)(3)(4)前级采用场效应晶体管可以提高电路的输入电阻，后级采用射极跟随器可以降低输出电阻，提高带负载能力。4-5电压放大电路和功率放大电路的要求有何不同？解：电压放大器与功率放大器的区别1)任务不同。电压放大——不失真地提高输入信号的幅度，以驱动后面的功率放大级，通常工作在小信号状态。功率放大——信号不失真或轻度失真的条件下提高输出功率，通常工作在大信号状态。2)分析方法不同，电压放大采用微变等效电路法和图解法，功率放大采用图解法。4-6甲类功率放大电路效率低的原因何在？解：甲类功率放大电路，将放大电路的静态工作点Q选在其交流负载线中点附近，在整个输入信号周期内，始终有电流流过晶体管，虽然放大的信号不失真，但管耗太大，电路的效率很低。4-7甲乙类互补对称功率放大电路为什么可以减小交越失真解：乙类互补对称功率放大电路中，静态时V1和V2均处于截止状态，当输入信号小于晶体管的死区电压时，基极电流iB基本上等于零。因此，在两管交替工作前后都存在一个由输入特性的死区电压而引起的截止工作区，导致输出电压、电流波形产生信号失真，这种失真称为交越失真。为了消除交越失真，可在晶体管上加一很小的直流偏压,将静压工作点设置在稍高于截止点，使两个功放管在静止时处于于导通状态，即可避开输入特性曲线上的死区电压。这时两只晶体管都工作在甲乙类放大状态。4-8单电源互补对称电路中，负载电阻RL=150Ω，要求最大输出功率Pom=120mW,求电源VCC的值。解：由于电路为单电源互补对称电路输出电压的最大值为Uom=输出电压的有效值为输出功率的最大值所以4-9在图4-39功放电路中，已知VCC=12V，RL=8Ω。ui为正弦电压，求：(1)负载上可能得到的最大输出功率；(2)每个管子的管耗PCM至少应为多少？图4-39题4-9图解：(1)输出功率的最大值两个直流电源供给的最大总功率(2)两个管子的管耗PCM4-10某OCL电路见图4-40a，试回答以下问题。-Vcc-Vcc+Vcca）b）图4-40题4-10图（1）当，V1、V2管的饱和压降,时,负载上得到的输出功率应为多大？（2）若，，忽略V1、V2管上的饱和压降,当输入V时，计算负载上得到的输出功率为多大？电源提供的功率为多大？单管管耗为多大（3）动态情况下测得负载上的电压波形见图4-40b，试判断这种波形失真为何种失真？应调哪个元件？如何调整可以消除失真？（4）静态情况下，若R1、VD1、VD23个元件中有一个开路，你认为会出现什么问题？解：(1),(2)输出电流的幅值电源供给的电流电源输入功率两个管子的管耗PCM（3）动态情况下测得负载上的电压波形这种波形失真为交越失真，应调整电阻R1，使其增大。（4）静态情况下，若R1、VD1、VD23个元件中有一个开路，输出波形将只有一半。*讨论:在功率放大器的分析中，应明确下列几点：1.功率放大器的输出功率、管耗、电源提供的功率、效率均为输出电压幅值Uom的函数。当Uom不同时，它们的值是不同的。2.电路的最大输出功率是指输出电压处于极限状态时的输出功率，公式只有在输出电压达到极限值，并且忽略管子的饱和压降时才可以用。3.互补对称功放中的互补对称输出级属于射级跟随器，所以当已知输入信号的有效值Ui时，则Uom=Uim=。4-11电路见图4-41，设，，管子的饱和压降为，求输出功率。RL+RL+Vcc图4-41题4-11图解：4-12在图4-16电路中，已知V1管供给复合管功放级的最大集电极电流和电压分别为Icm1=10mA，Ucem1=10V,所有管子的β=30，求负载上最大功率Pom。输出电压的幅值Uom不超过10V，相应的输出功率为4-13晶体管3DG6D的极限参数如下：Pcm=100mW，Icm=20mA，UCEO=30V如将它接成变压器耦合单管功率放大电路图4-17，试问：（1）工作在理想极限状态，最大输出功率Pom是多少？（2）电源电动势应该多大？集电极静态电流IC应该多大？（3）最合适的交流等效电阻应该多大？（4）如果负载电阻为16Ω，输出变压器的电压变比K应该多大？解：(1),Pom=PEmax-Pcm=91mW(2)EC=30V,IC=10mA,(3),(4)4-14什么是零点漂移？交流放大器是否也有零点漂移？解：在多级直接耦合放大电路中，即使把输入端短路（即无输入信号），在输出端也会出现电压波动，使输出电压偏离零值，这种现象称为零点漂移，简称零漂。交流放大器即一般的电容耦合放大电路没有零漂，电容能滤除缓慢变化的零漂。4-15直流放大器能不能放大交流信号？解：直流放大器（直接耦合放大电路）不仅能放大缓变信号，也能放大频率较高的信号。4-16有两个直流放大电器，它们的电压放大倍数分别为103和105，如果两者的输出漂移电压都是500mV，能不能说它们的漂移指标是一样的？若要放大0.1mV的信号，两个放大电路都可以用吗？解：不能第一个放大电路折算到输入的零漂为500mV/1000=0.5mV，第个放大电路折算到输入的零漂为500mV/100000=0.005mV，第一个放大电路的零漂严重些。要放大0.1mV的信号只能用第二个放大电路，因为第一个放大电路很难区分输出信号和零漂。4-17有一两级直接耦合放大电路，在25℃时，输入信号ui=0，输出端电压为5V当温度升高到35℃时，测量出输出端电压为5.25V，试求放大电路的温度漂移（μV/℃）。输出端漂移电压要折合到输入端，设解：℃4-18双端输入、双端输出差动放大电路为什么能抑制零点漂移？为什么共模反馈电阻RE能提高抑制零点漂移的效果？是不是RE越大越好？为什么RE不影响差模信号的放大效果？解：双端输入、双端输出差动放大电路能抑制零漂是因为利用了两个完全相同的放大电路的对称性，温度对两个放大电路的影响完全相同，使两个放大电路互相补偿。共模反馈电路对差模信号相当于短路，对共模信号能降低原电路对其的放大倍数。当RE选得较大时，维持正常工作是所需的负电源电压将很高，这是很不经济的。 4-19图4-42中的V1，V2均为硅管，UBE=0.7V，两管间为直接耦合方式，已知β1=β2=50，rbe1=rbe2=300Ω，电容器C1、C2、C3、C4的容量足够大。(1)估算静态工作点IC2，UCE2（IB2的影响忽略不计）;(2)求中频电压放大倍数Au,输入电阻ri和输出电阻ro。图4-42题4-19图解：(1)所以(2)第一级放大电路为共射放大电路，第二级放大电路为共基放大电路4-20某差动放大电路见4-43，设对管的β=50，rbe=300Ω,UBE=0.7V，RP的影响可以忽略不计，试估算：(1)V1，V2的静态工作点。(2)差模电压放大倍数Aud图4-43题4-20图解：（1）两管的静态工作点相同